Động cơ HCCI ( động cơ cháy đồng đều nhờ nén)
Nguyên lý hoạt đông và việc thiết kế động cơ đốt trong mà sử dụng năng lượng
tiềm tàng trong các chất cháy là một ý tưởng tương đối cũ.
Tuy nhiên trong mười năm cuối tập trung nghiên cứu về động cơ đốt trong đã đặc
biệt tập trung quanh lý thuyết của một động cơ Diesel HCCI (cháy đồng đều do
nén). Và nghiên cứu tiếp tục được định hướng đến động cơ HCCI để phát triển
hơn về hiêu quả của nhiên liệu và độ tin cậy của động cơ nhằm để thay thế cho
động cơ đốt trong hiện nay.
Sau khi nhiên liệu được đốt cháy kết quả tạo thành động năng đẩy piston
xuống. Một khi tất cả nhiên liệu đã được đốt cháy thì sau đó các khí thải được đẩy
ra khỏi buồng đốt thông qua một van xả. Về cơ bản toàn bộ chu trình đốt cháy
được hiển thị trực quan bằng sơ đồ sau.
Chỉ số octan của nhiên liệu là một chỉ tiêu đánh giá khả năng nén của nhiên liệu
trước khi tự động bốc cháy. Chỉ số octan là sự đánh giá tương đối độ giàu của một
trong hai chuỗi: hydrocarbon Octan (CH 3 (CH 2) 6 CH 3) là tám nguyên tử cacbon
nối chuỗi với nhau (tiền tố octan), hoặc các chuỗi hydrocarbon Hexan (CH 3 (CH
2) 4 CH 3): là sáu nguyên tử cacbon chuỗi lại với nhau. The higher the octane rating
the more Octane than Hexane ( CH 3 (CH 2 ) 4 CH 3 ) is present: such as Chỉ số
octan càng cao thì octan càng nhiều hơn hecxan: như xăng (Hãy tham khảo biểu
đồ dưới đây cho công thức cấu trúc). Một nhiên liệu với chỉ số octan cao hơn có
khả năng đạt tỷ lệ nén cao hơn trong buồng đốt, và duy trì ổn định tại cùng thời
điểm để ngăn chặn việc cháy sớm.
Tỉ số nén đặc trưng cho lượng nhiên liệu và không khí dưới STP (nhiệt độ và áp
suất chuẩn) so với số lượng nhiên liệu và không khí được chứa trong một không
gian như vậy và dưới sự nén. Ví dụ: một tỉ lệ nén là: 10/1 xác định rằng có mười
lần số lượng nhiên liệu và không khí trong một thể tích bình thường dưới điều kiện
STP.
Nhiên liệu với chỉ số octan cao là mong muốn trong động cơ đốt cháy bằng tia lửa
vì ta muốn cho tất cả các năng lượng tiềm tàng trong xăng được giải phóng tại
đỉnh điểm của kỳ nén để hiệu suất tạo ra động năng là lớn nhất. Tỷ lệ nén trong
động cơ đốt cháy bằng tia lửa thông thường khoảng từ 6:1, qua 11:01 trong một số
ứng dụng hiệu suất cao. Tuy nhiên, với nhiên liệu diesel hay động cơ đốt cháy do
nén nhiên liệu thì lại mong muốn với chỉ số octan thấp hơn. Điều này là do trong
một động cơ diesel hỗn hợp nhiên liệu / không khí được đặt dưới một suất nén cao
hơn nhiều (14:1 18:1) là nguyên nhân hỗn hợp bốc cháy từ áp lực. Chỉ số octan
thấp hơn là điều cần thiết bởi vì hecxan thấp cho phép nén áp lực cao. Việc nén là
nguyên nhân các liên kết của cacbon trong hexane bị phá vỡ, nhiên liệu bốc cháy.
Tuy nhiên vấn đề chính hiện nay của hệ thống này là trong suốt quá trinh cháy của
chu kỳ. Trong động cơ cổ điển thiết kế động cơ đốt trong một tia lửa được đưa đến
nhiên liệu hoặc nhiên liệu tự động bốc cháy thông qua nén. Vấn đề là với một tia
lửa nhiên liệu bồc cháy vào thời điểm mà các tia lửa tiếp xúc với nhiên liệu. Kết
quả là, "sau đó ngọn lửa lan truyền ra ngoài theo hướng của các thành buồng đốt.
Tốc độ ngọn lửa phụ thuộc vào nhịp độ năng lượng, môi chất công tác và sản
phẩm có thể được vận chuyển đến và từ ngọn lửa phía trước. Điều này là không
mong muốn bởi vì sau đó năng lượng sinh ra thay vì được dẫn về hướng piston lại
được hấp thụ bởi thành buồng đốt có nhiệt độ tương đối thấp hơn. mà thường bao
gồm một loại nhôm hoặc hợp kim nhôm.
Diesel hoặc động cơ cháy bằng tia lửa đạt được hiệu quả hơn khi sử dụng
tiềm năng năng lượng có chứa trong nhiên liệu. Khi chuỗi cacbon Hexan trong
nhiên liệu đạt tới điểm mà tại đó các liên kết bắt đầu bị phá vỡ, các phân tử bắt đầu
phân rã hàng loạt trong toàn bộ mẫu nhiên liệu, tuy nhiên không phải trong mỗi
chuỗi vì một khi các phân tử bắt đầu phá vỡ là nguyên nhân gây cháy đẩy piston di
chuyển xuống giảm tỉ lệ nén và không cho phép các phân tử Hexan còn lại phá
vỡ.Quá trình cháy xảy ra nhanh hơnso với động cơ đánh lửa trực tiếp do có tỉ số
nén cao hơn, kết quả nhiên liệu chưa cháy đã cháy hoàn toàn sau khi kết thúc quá
trình
Động cơ HCCI được thiết kế chủ yếu dựa trên nguyên lý hoạt động của
một động cơ diesel. Tuy nhiên được sử dụng đồng thời những ý tưởng từ động cơ
đánh lửa và động cơ diesel. Đầu tiên, không khí được đưa vào buồng đốt với một
lượng nhỏ nhiên liệu. Việc phun nhiên liệu lần đầu xem như là phun khởi điểm
nóng trong buồng đốt trước khi phun chính. Sau khi phun chính, nhiên liệu được
nén trong buồng đốt gần với nhiệt độ bốc cháy của nhiên liệu lúc đó là trong quá
trình cháy. Điều này cho phép nhiều năng lượng hơn được chuyển sang động năng
thay vì nhiệt năng, hướng xuống phía piston.
Các loại nhiên liệu đó là đặc tính mong muốn cho động cơ HCCI là một loại động
cơ với trị số octan thấp cho phép tỷ lệ nén cao hơn trong động cơ đánh lửa. Tuy
nhiên tỷ số nén trong động cơ HCCI thấp hơn trong động cơ diesel. Điều này là
do tỉ số nén cao thì lượng nhiệt lớn hơn được giải phóng trong quá trình đốt cháy
nhiên liệu. Trong các động cơ HCCI chủ yếu là điều khiển quá trình cháy của
động cơ trong giai đoạn cháy chính, và cho phép việc đốt cháy nhiên liệu hoàn
chỉnh hơn. Việc nhiên liệu tự cháy do nén bắt đầu bằng cách phá vỡ các hàng
phân tử Hexan như trong động cơ diesel, nhưng kể từ năng lượng ít chuyển đổi
sang nhiệt hơn,kết quả phân tích chất hóa học thêm từ áp lực và nhiệt, cho phép
cho một phản ứng hoàn chỉnh hơn. The process of a HCCI engine can be visually
represented by the following diagram. Các quá trình của động cơ HCCI có thể
được biểu diễn trực quan bằng sơ đồ sau.
Kết quả trong thử nghiệm của động cơ HCCI đã sớm cho thấy một sự gia tăng
hiệu quả đáng kể trong động cơ diesel cổ điển. Tuy nhiên lượng khí thải từ động
cơ lại tăng lên. Kết quả cho thấy, NOx và muội than đã thực sự giảm đến mức tối
thiểu. Tuy nhiên, lượng khí thải các hydrocarbon (HC) và oxit cacbon (CO), mà
thường thấp động cơ diesel.
Nguyên lý hoạt đông và việc thiết kế động cơ đốt trong mà sử dụng năng lượng
tiềm tàng trong các chất cháy là một ý tưởng tương đối cũ.
Tuy nhiên trong mười năm cuối tập trung nghiên cứu về động cơ đốt trong đã đặc
biệt tập trung quanh lý thuyết của một động cơ Diesel HCCI (cháy đồng đều do
nén). Và nghiên cứu tiếp tục được định hướng đến động cơ HCCI để phát triển
hơn về hiêu quả của nhiên liệu và độ tin cậy của động cơ nhằm để thay thế cho
động cơ đốt trong hiện nay.
Sau khi nhiên liệu được đốt cháy kết quả tạo thành động năng đẩy piston
xuống. Một khi tất cả nhiên liệu đã được đốt cháy thì sau đó các khí thải được đẩy
ra khỏi buồng đốt thông qua một van xả. Về cơ bản toàn bộ chu trình đốt cháy
được hiển thị trực quan bằng sơ đồ sau.
Chỉ số octan của nhiên liệu là một chỉ tiêu đánh giá khả năng nén của nhiên liệu
trước khi tự động bốc cháy. Chỉ số octan là sự đánh giá tương đối độ giàu của một
trong hai chuỗi: hydrocarbon Octan (CH 3 (CH 2) 6 CH 3) là tám nguyên tử cacbon
nối chuỗi với nhau (tiền tố octan), hoặc các chuỗi hydrocarbon Hexan (CH 3 (CH
2) 4 CH 3): là sáu nguyên tử cacbon chuỗi lại với nhau. The higher the octane rating
the more Octane than Hexane ( CH 3 (CH 2 ) 4 CH 3 ) is present: such as Chỉ số
octan càng cao thì octan càng nhiều hơn hecxan: như xăng (Hãy tham khảo biểu
đồ dưới đây cho công thức cấu trúc). Một nhiên liệu với chỉ số octan cao hơn có
khả năng đạt tỷ lệ nén cao hơn trong buồng đốt, và duy trì ổn định tại cùng thời
điểm để ngăn chặn việc cháy sớm.
Tỉ số nén đặc trưng cho lượng nhiên liệu và không khí dưới STP (nhiệt độ và áp
suất chuẩn) so với số lượng nhiên liệu và không khí được chứa trong một không
gian như vậy và dưới sự nén. Ví dụ: một tỉ lệ nén là: 10/1 xác định rằng có mười
lần số lượng nhiên liệu và không khí trong một thể tích bình thường dưới điều kiện
STP.
Nhiên liệu với chỉ số octan cao là mong muốn trong động cơ đốt cháy bằng tia lửa
vì ta muốn cho tất cả các năng lượng tiềm tàng trong xăng được giải phóng tại
đỉnh điểm của kỳ nén để hiệu suất tạo ra động năng là lớn nhất. Tỷ lệ nén trong
động cơ đốt cháy bằng tia lửa thông thường khoảng từ 6:1, qua 11:01 trong một số
ứng dụng hiệu suất cao. Tuy nhiên, với nhiên liệu diesel hay động cơ đốt cháy do
nén nhiên liệu thì lại mong muốn với chỉ số octan thấp hơn. Điều này là do trong
một động cơ diesel hỗn hợp nhiên liệu / không khí được đặt dưới một suất nén cao
hơn nhiều (14:1 18:1) là nguyên nhân hỗn hợp bốc cháy từ áp lực. Chỉ số octan
thấp hơn là điều cần thiết bởi vì hecxan thấp cho phép nén áp lực cao. Việc nén là
nguyên nhân các liên kết của cacbon trong hexane bị phá vỡ, nhiên liệu bốc cháy.
Tuy nhiên vấn đề chính hiện nay của hệ thống này là trong suốt quá trinh cháy của
chu kỳ. Trong động cơ cổ điển thiết kế động cơ đốt trong một tia lửa được đưa đến
nhiên liệu hoặc nhiên liệu tự động bốc cháy thông qua nén. Vấn đề là với một tia
lửa nhiên liệu bồc cháy vào thời điểm mà các tia lửa tiếp xúc với nhiên liệu. Kết
quả là, "sau đó ngọn lửa lan truyền ra ngoài theo hướng của các thành buồng đốt.
Tốc độ ngọn lửa phụ thuộc vào nhịp độ năng lượng, môi chất công tác và sản
phẩm có thể được vận chuyển đến và từ ngọn lửa phía trước. Điều này là không
mong muốn bởi vì sau đó năng lượng sinh ra thay vì được dẫn về hướng piston lại
được hấp thụ bởi thành buồng đốt có nhiệt độ tương đối thấp hơn. mà thường bao
gồm một loại nhôm hoặc hợp kim nhôm.
Diesel hoặc động cơ cháy bằng tia lửa đạt được hiệu quả hơn khi sử dụng
tiềm năng năng lượng có chứa trong nhiên liệu. Khi chuỗi cacbon Hexan trong
nhiên liệu đạt tới điểm mà tại đó các liên kết bắt đầu bị phá vỡ, các phân tử bắt đầu
phân rã hàng loạt trong toàn bộ mẫu nhiên liệu, tuy nhiên không phải trong mỗi
chuỗi vì một khi các phân tử bắt đầu phá vỡ là nguyên nhân gây cháy đẩy piston di
chuyển xuống giảm tỉ lệ nén và không cho phép các phân tử Hexan còn lại phá
vỡ.Quá trình cháy xảy ra nhanh hơnso với động cơ đánh lửa trực tiếp do có tỉ số
nén cao hơn, kết quả nhiên liệu chưa cháy đã cháy hoàn toàn sau khi kết thúc quá
trình
Động cơ HCCI được thiết kế chủ yếu dựa trên nguyên lý hoạt động của
một động cơ diesel. Tuy nhiên được sử dụng đồng thời những ý tưởng từ động cơ
đánh lửa và động cơ diesel. Đầu tiên, không khí được đưa vào buồng đốt với một
lượng nhỏ nhiên liệu. Việc phun nhiên liệu lần đầu xem như là phun khởi điểm
nóng trong buồng đốt trước khi phun chính. Sau khi phun chính, nhiên liệu được
nén trong buồng đốt gần với nhiệt độ bốc cháy của nhiên liệu lúc đó là trong quá
trình cháy. Điều này cho phép nhiều năng lượng hơn được chuyển sang động năng
thay vì nhiệt năng, hướng xuống phía piston.
Các loại nhiên liệu đó là đặc tính mong muốn cho động cơ HCCI là một loại động
cơ với trị số octan thấp cho phép tỷ lệ nén cao hơn trong động cơ đánh lửa. Tuy
nhiên tỷ số nén trong động cơ HCCI thấp hơn trong động cơ diesel. Điều này là
do tỉ số nén cao thì lượng nhiệt lớn hơn được giải phóng trong quá trình đốt cháy
nhiên liệu. Trong các động cơ HCCI chủ yếu là điều khiển quá trình cháy của
động cơ trong giai đoạn cháy chính, và cho phép việc đốt cháy nhiên liệu hoàn
chỉnh hơn. Việc nhiên liệu tự cháy do nén bắt đầu bằng cách phá vỡ các hàng
phân tử Hexan như trong động cơ diesel, nhưng kể từ năng lượng ít chuyển đổi
sang nhiệt hơn,kết quả phân tích chất hóa học thêm từ áp lực và nhiệt, cho phép
cho một phản ứng hoàn chỉnh hơn. The process of a HCCI engine can be visually
represented by the following diagram. Các quá trình của động cơ HCCI có thể
được biểu diễn trực quan bằng sơ đồ sau.
Kết quả trong thử nghiệm của động cơ HCCI đã sớm cho thấy một sự gia tăng
hiệu quả đáng kể trong động cơ diesel cổ điển. Tuy nhiên lượng khí thải từ động
cơ lại tăng lên. Kết quả cho thấy, NOx và muội than đã thực sự giảm đến mức tối
thiểu. Tuy nhiên, lượng khí thải các hydrocarbon (HC) và oxit cacbon (CO), mà
thường thấp động cơ diesel.
...Xem thêm
